- Bahagian 2 -
Pada suatu ketika dalam kehidupan kita, kita masing-masing mengajukan soalan ini: berapa lama untuk terbang ke bintang? Adakah mungkin melakukan penerbangan dalam satu kehidupan manusia, dapatkah penerbangan tersebut menjadi norma kehidupan sehari-hari? Terdapat banyak jawapan untuk soalan sukar ini, bergantung pada siapa yang bertanya. Ada yang sederhana, yang lain lebih sukar. Untuk mendapatkan jawapan pasti, terdapat terlalu banyak perkara yang perlu dipertimbangkan.
Malangnya, tidak ada anggaran sebenar yang dapat membantu mencari jawapan seperti itu, dan ini membuat peminat futuris dan peminat perjalanan antara bintang. Sama ada kita suka atau tidak, ruang sangat besar (dan kompleks) dan teknologi kita masih terhad. Tetapi jika kita pernah memutuskan untuk meninggalkan "sarang rumah" kita, kita akan mempunyai beberapa cara untuk menuju ke sistem bintang terdekat di galaksi kita.
Bintang yang paling dekat dengan Bumi kita adalah Matahari, bintang yang "rata-rata" menurut skema "urutan utama" Hertzsprung-Russell. Ini bermaksud bahawa bintang itu sangat stabil dan memberikan cahaya matahari yang cukup untuk hidup di planet kita. Kita tahu bahawa planet lain berputar di sekitar bintang-bintang berhampiran sistem suria kita, dan banyak bintang ini serupa dengan bintang kita.
Dunia yang mungkin dapat dihuni di Alam Semesta
Di masa depan, jika manusia ingin meninggalkan sistem suria, kita akan mempunyai banyak pilihan bintang yang boleh kita tuju, dan banyak di antaranya mungkin mempunyai keadaan hidup yang baik. Tetapi ke mana kita pergi dan berapa lama masa yang diperlukan untuk sampai ke sana? Perlu diingat bahawa ini semua spekulasi dan tidak ada tanda tempat untuk perjalanan antara bintang ketika ini. Baiklah, seperti yang dikatakan oleh Gagarin, mari kita pergi! Video promosi:
Jangkau bintang
Seperti yang telah disebutkan, bintang terdekat dengan sistem suria kita adalah Proxima Centauri, dan oleh itu masuk akal untuk mula merancang misi antarbintang dengannya. Sebahagian daripada sistem bintang tiga Alpha Centauri, Proxima berjarak 4.24 tahun cahaya (1.3 parsecs) dari Bumi. Sebenarnya, Alpha Centauri adalah bintang tiga dari yang paling terang dalam sistem ini, merupakan sebahagian daripada sistem binari yang dekat 4,37 tahun cahaya dari Bumi - sementara Proxima Centauri (yang paling redup dari ketiga-tiganya) adalah kerdil merah terpencil 0.13 tahun cahaya jauhnya. dari sistem dwi.
Dan sementara perbualan mengenai perjalanan antara bintang menginspirasi pemikiran semua jenis perjalanan lebih cepat daripada cahaya, dari kelajuan melengkung dan lubang cacing hingga enjin ruang angkasa, teori seperti itu sangat fiktif (seperti mesin Alcubierre) atau hanya ada dalam fiksyen sains … Apa-apa misi ke ruang jauh akan merangkumi beberapa generasi orang.
Jadi, bermula dengan salah satu bentuk perjalanan angkasa paling lambat, berapa lama masa yang diperlukan untuk sampai ke Proxima Centauri?
Kaedah moden
Persoalan mengenai anggaran jangka masa perjalanan di angkasa jauh lebih mudah jika teknologi dan badan yang ada di sistem suria kita terlibat di dalamnya. Contohnya, dengan menggunakan teknologi yang digunakan oleh misi New Horizons, 16 enjin bahan bakar mono-hidrazin, anda dapat sampai ke Bulan hanya dalam 8 jam 35 minit.
Terdapat juga misi SMART-1 Agensi Angkasa Eropah, yang didorong ke arah Bulan menggunakan tujahan ion. Dengan teknologi revolusioner ini, varian yang digunakan oleh pesawat ruang angkasa untuk mencapai Vesta, misi SMART-1 memakan masa setahun, sebulan, dan dua minggu untuk mencapai bulan.
Dari kapal angkasa roket pantas hingga pemacu ion ekonomi, kami mempunyai beberapa pilihan untuk berkeliling ruang tempatan - ditambah anda boleh menggunakan Musytari atau Saturnus sebagai katapel graviti raksasa. Walaupun begitu, jika kita berencana untuk melangkah lebih jauh, kita harus meningkatkan kekuatan teknologi dan mencari kemungkinan baru.
Apabila kita membincangkan kaedah yang mungkin, kita membicarakan kaedah yang melibatkan teknologi yang ada, atau yang belum ada, tetapi secara teknikalnya dapat dilaksanakan. Sebilangan dari mereka, seperti yang akan anda lihat, diuji masa dan disahkan, sementara yang lain masih dipersoalkan. Ringkasnya, ini menggambarkan senario perjalanan yang mungkin, tetapi sangat memakan masa dan mahal bahkan untuk bintang terdekat.
Pergerakan ion
Pada masa ini, bentuk enjin paling lambat dan paling ekonomik adalah enjin ion. Beberapa dekad yang lalu, penggerak ion dianggap sebagai subjek fiksyen sains. Tetapi dalam beberapa tahun kebelakangan ini, teknologi sokongan penggerak ion telah beralih dari teori ke praktik, dan dengan kejayaan besar. Misi SMART-1 Agensi Angkasa Eropah adalah contoh misi yang berjaya ke Bulan dalam gerakan pusingan 13 bulan dari Bumi.
SMART-1 menggunakan solar thrusters, di mana elektrik dikumpulkan oleh panel suria dan digunakan untuk menghidupkan Hall kesan pendorong. Hanya memerlukan 82 kilogram bahan bakar xenon untuk membawa SMART-1 ke bulan. 1 kilogram bahan bakar xenon memberikan delta-V 45 m / s. Ini adalah bentuk pergerakan yang sangat berkesan, tetapi jauh dari yang terpantas.
Salah satu misi pertama yang menggunakan teknologi pendorong ion adalah misi Deep Space 1 ke Comet Borrelli pada tahun 1998. DS1 juga menggunakan enjin ion xenon dan menghabiskan 81.5 kg bahan bakar. Selama 20 bulan daya tarikan, DS1 mengembangkan kelajuan 56,000 km / j pada masa perjalanan komet.
Enjin ion lebih ekonomik daripada teknologi roket kerana daya tuju per unit jisim bahan bakar roket (dorongan khusus) jauh lebih tinggi. Tetapi pendorong ion memerlukan masa yang lama untuk mempercepat kapal angkasa ke kelajuan yang signifikan, dan kelajuan tertinggi bergantung pada sokongan bahan bakar dan penjanaan tenaga.
Oleh itu, jika penggerak ion digunakan dalam misi ke Proxima Centauri, enjin mesti mempunyai sumber tenaga yang kuat (tenaga nuklear) dan simpanan bahan bakar yang besar (walaupun kurang daripada roket konvensional). Tetapi jika anda bermula dari anggapan bahawa 81.5 kg bahan bakar xenon diterjemahkan menjadi 56.000 km / jam (dan tidak akan ada bentuk pergerakan lain), anda boleh membuat pengiraan.
Dengan kelajuan tertinggi 56,000 km / jam, Deep Space 1 memerlukan 81,000 tahun untuk menempuh 4.24 tahun cahaya antara Bumi dan Proxima Centauri. Pada waktunya, ini adalah sekitar 2700 generasi orang. Adalah selamat untuk mengatakan bahawa pemacu ion antara planet akan menjadi terlalu lambat untuk misi antarbintang berawak.
Tetapi jika pendorong ion lebih besar dan lebih kuat (iaitu, kadar keluar ion akan jauh lebih tinggi), jika ada bahan bakar roket, yang cukup untuk keseluruhan 4,24 tahun cahaya, waktu perjalanan akan dikurangkan dengan ketara. Tetapi semua perkara yang sama akan lebih lama daripada tempoh kehidupan manusia.
Manuver graviti
Cara terpantas untuk melakukan perjalanan di angkasa adalah dengan menggunakan graviti bantu. Kaedah ini melibatkan kapal angkasa menggunakan gerakan relatif (iaitu, orbit) dan graviti planet untuk mengubah laluan dan kelajuannya. Manuver graviti adalah teknik yang sangat berguna untuk penerbangan angkasa, terutama ketika menggunakan Bumi atau planet besar lain (seperti gergasi gas) untuk pecutan.
Kapal angkasa Mariner 10 adalah yang pertama menggunakan kaedah ini, menggunakan tarikan graviti Venus untuk memecut ke arah Merkuri pada Februari 1974. Pada tahun 1980-an, probe Voyager 1 menggunakan Saturnus dan Musytari untuk manuver gravitasi dan percepatan hingga 60.000 km / jam, diikuti dengan jalan keluar ke ruang antarbintang.
Misi Helios 2, yang bermula pada tahun 1976 dan sepatutnya meneroka persekitaran antara planet antara 0.3 AU. e. dan 1 a. Iaitu, dari Matahari, catatan untuk kelajuan tertinggi yang dikembangkan menggunakan pegangan graviti. Pada masa itu, Helios 1 (dilancarkan pada tahun 1974) dan Helios 2 memegang rekod untuk pendekatan terdekat dengan Matahari. Helios 2 dilancarkan oleh roket konvensional dan dimasukkan ke dalam orbit yang sangat memanjang.
Oleh kerana eksentrisitas besar (0,54) orbit solar 190 hari, di perihelion Helios 2 berjaya mencapai kelajuan maksimum lebih dari 240,000 km / j. Kelajuan orbit ini hanya dikembangkan oleh tarikan graviti Matahari. Secara teknikal, kelajuan perihelion Helios 2 bukanlah hasil dari manuver graviti, tetapi kelajuan orbit maksimum, tetapi alat ini masih menyimpan rekod untuk objek buatan terpantas.
Sekiranya Voyager 1 bergerak menuju kerdil merah Proxima Centauri pada kelajuan tetap 60,000 km / jam, ia memerlukan masa 76,000 tahun (atau lebih dari 2,500 generasi) untuk menempuh jarak tersebut. Tetapi jika siasatan itu mencapai kepantasan rekod Helios 2 - kelajuan tetap 240,000 km / jam - ia akan mengambil masa 19,000 tahun (atau lebih dari 600 generasi) untuk menempuh 4.243 tahun cahaya. Jauh lebih baik, walaupun hampir tidak praktikal.
Pemacu EM motor elektromagnetik
Kaedah lain yang dicadangkan untuk perjalanan antara bintang adalah motor frekuensi radio rongga resonan, juga dikenali sebagai EM Drive. Dicadangkan pada tahun 2001 oleh Roger Scheuer, seorang saintis Britain yang membuat Satelit Propulsion Research Ltd (SPR) untuk melaksanakan projek ini, mesin ini berdasarkan idea bahawa rongga gelombang mikro elektromagnetik dapat secara langsung mengubah elektrik menjadi tujahan.
Walaupun motor elektromagnetik tradisional dirancang untuk mendorong jisim tertentu (seperti zarah terionisasi), sistem pendorong khusus ini tidak bergantung pada reaksi jisim dan tidak memancarkan sinaran arah. Secara umum, mesin ini disambut dengan keraguan yang cukup besar kerana melanggar undang-undang pemuliharaan momentum, yang mana momentum sistem tetap berterusan dan tidak dapat dibuat atau dimusnahkan, tetapi hanya berubah di bawah tindakan paksaan.
Walaupun begitu, percubaan baru-baru ini dengan teknologi ini jelas membawa hasil positif. Pada bulan Julai 2014, pada Persidangan Propulsi Bersama AIAA / ASME / SAE / ASEE ke-50 di Cleveland, Ohio, para saintis jet maju NASA mengumumkan bahawa mereka telah berjaya menguji reka bentuk motor elektromagnetik baru.
Pada bulan April 2015, saintis di NASA Eagleworks (sebahagian dari Pusat Angkasa Johnson) mengatakan bahawa mereka telah berjaya menguji enjin dalam keadaan hampagas, yang dapat menunjukkan kemungkinan penggunaan di angkasa. Pada bulan Julai tahun itu, sekumpulan saintis dari Bahagian Sistem Angkasa Universiti Teknologi Dresden mengembangkan versi enjin mereka sendiri dan memerhatikan daya tarikan ketara.
Pada tahun 2010, Profesor Zhuang Yang dari Universiti Politeknik Northwestern di Xi'an, China, mula menerbitkan serangkaian artikel mengenai penyelidikannya mengenai teknologi EM Drive. Pada tahun 2012, ia melaporkan daya input tinggi (2.5 kW) dan daya tuju tetap 720 mn. Pada tahun 2014, dia juga melakukan ujian ekstensif, termasuk pengukuran suhu dalaman dengan termokopel bawaan, yang menunjukkan bahawa sistem ini berfungsi.
Menurut perhitungan berdasarkan prototaip NASA (yang diberi peringkat daya 0,4 N / kilowatt), kapal angkasa bertenaga elektromagnetik dapat melakukan perjalanan ke Pluto dalam waktu kurang dari 18 bulan. Ini enam kali lebih sedikit daripada yang diperlukan oleh penyelidikan New Horizons, yang bergerak dengan kelajuan 58.000 km / jam.
Kedengarannya mengagumkan. Tetapi dalam kes ini, kapal dengan enjin elektromagnetik akan terbang ke Proxima Centauri selama 13.000 tahun. Tutup, tetapi masih tidak mencukupi. Di samping itu, sehingga semua titik bertitik dalam teknologi ini, terlalu awal untuk membincangkan penggunaannya.
Penggerak elektrik terma dan nuklear nuklear
Kemungkinan lain untuk melakukan penerbangan antarbintang adalah dengan menggunakan kapal angkasa yang dilengkapi dengan mesin nuklear. NASA telah mengkaji pilihan sedemikian selama beberapa dekad. Roket pendorong termal nuklear dapat menggunakan reaktor uranium atau deuterium untuk memanaskan hidrogen di dalam reaktor, mengubahnya menjadi gas terion (plasma hidrogen), yang kemudian akan diarahkan ke muncung roket, menghasilkan daya tuju.
Roket berkuasa nuklear merangkumi reaktor yang sama, yang menukar haba dan tenaga menjadi elektrik, yang kemudian menggerakkan motor elektrik. Dalam kedua kes tersebut, roket tersebut akan bergantung pada peleburan nuklear atau pembelahan nuklear untuk menghasilkan daya tuju, dan bukannya bahan bakar kimia yang digunakan oleh semua agensi angkasa moden.
Berbanding dengan mesin kimia, mesin nuklear mempunyai kelebihan yang tidak dapat disangkal. Pertama, ketumpatan tenaga yang hampir tidak terhad berbanding dengan bahan bakar roket. Selain itu, enjin nuklear juga akan menghasilkan daya tuju lebih banyak daripada jumlah bahan bakar yang digunakan. Ini akan mengurangkan jumlah bahan bakar yang diperlukan, dan pada masa yang sama berat dan kos alat tertentu.
Walaupun enjin tenaga nuklear termal belum memasuki ruang angkasa, prototaipnya telah dibuat dan diuji, dan lebih banyak lagi telah dicadangkan.
Namun, walaupun terdapat kelebihan dalam ekonomi bahan bakar dan dorongan khusus, konsep enjin nuklear termal yang dicadangkan mempunyai impuls spesifik maksimum 5000 saat (50 kNs / kg). Dengan menggunakan enjin nuklear yang digerakkan oleh pembelahan atau peleburan nuklear, para saintis NASA dapat menghantar kapal angkasa ke Marikh hanya dalam 90 hari jika Planet Merah berjarak 55.000.000 kilometer dari Bumi.
Tetapi ketika melakukan perjalanan ke Proxima Centauri, roket nuklear akan memakan waktu berabad-abad untuk mempercepat hingga pecahan signifikan dari kelajuan cahaya. Maka akan memakan masa beberapa dekad, dan setelah mereka berabad-abad lebih banyak penghambatan dalam perjalanan menuju tujuan. Kami masih 1000 tahun dari destinasi kami. Apa yang baik untuk misi antara planet, tidak begitu baik untuk misi antara bintang.
- Bahagian 2 -
